| Project/Area Number |
22K14156
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18020:Manufacturing and production engineering-related
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
金子 和暉 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (60909216)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | エンドミル加工 / シミュレーション / 送り速度 / 最適化 / 弾性変形 / 加工誤差 / 切削加工 / 自動化 / デジタルツイン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではモニタリングとシミュレーションを融合させたデジタルツインシステムを提案し，加工状態を自律的に制御することで加工精度の保証と加工時間の短縮を試みる．提案方法では工作機械からセンサレスで得られる信号を利用することでセンサコストを削減し，インプロセスで得られる信号からモデルパラメータを逐一更新することで予測誤差を抑制する．これにより，モニタリング技術における「センサコスト」の問題と，シミュレーション技術における「予測誤差」の問題を克服し，加工の自律最適化の実用化を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
R5年度は，工作機械の制御装置に切削加工シミュレータを組み込んだスマートマシニングセンタを試作し，加工プロセスの自律的最適化に取り組んだ．提案するスマートマシニングセンタは，実加工とシミュレーションをリアルタイムで連動させることで，加工状態を仮想空的に把握し，自律的に切削条件を修正することを目標としている．R5年度の研究では，切削力をリアルタイムで仮想的に把握し，それに応じて工具送り速度を自律的に制御することに取り組んだ．仮想切削力の振幅を一定に保つように，実機の送り速度を適応的に選択しながら動作することに成功した．しかし，工具・被削材の干渉状態が急峻に変化するようなケースでは，切削力を一定に保つことができないという課題が残されおり，R6年度の研究で解決する予定である．また，試作機による実切削も十分に行っておらず今後の課題である．上記のシステムでは切削加工シミュレーションをリアルタイム以上の速度で実行する必要がある．そのためR4年度からシミュレーションの高速化に関する研究にも取り組んできた．R5年度には切削力をリアルタイム以上の速度で解析することに成功し，スマートマシニングセンタの実現に至った．また，切削条件の最適化について，機械学習とシミュレーションを活用した手法を提案した．強化学習により，シミュレーション環境における工具の送り速度の自律的最適化による切削トルク一定制御に成功した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リアルタイム切削加工シミュレーションを構築し，これを組み込んだスマートマシニングセンタの試作機が完成した．開発した試作機は，本研究の目的であるデジタルツインによるプロセス制御機能を有しており，R6に有用性の検証を行うことを予定している．したがって，順調に研究が進展していると考える．
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| Strategy for Future Research Activity |
R5年度に開発したスマートマシニングセンタの有用性を検証するために，複数の条件で切削実験を行う予定である．R6年度は本課題の最終年度にあたるため，構築したシステムの有用性に加えて，適用可能範囲や今後の発展性なども実験的に明らかにすることを計画している．
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